某救助船燃油輔鍋爐燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)可靠性分析

◎ 徐碩 交通運(yùn)輸部南海救助局

1.引言

鍋爐作為船舶上相當(dāng)重要的設(shè)備，其產(chǎn)生的蒸汽主要用來加熱燃油，對主機(jī)缸套水進(jìn)行預(yù)熱，供廚房、空調(diào)加熱加濕、熱水柜以及各艙室加熱所用[1]。提高機(jī)械設(shè)備及系統(tǒng)的可靠性不僅可以延長其使用壽命，還可以增加人的安全性。所以，保證鍋爐燃燒的可靠性對于船舶安全、船舶正常運(yùn)轉(zhuǎn)以及船員的日常生活需要具有深層次的意義。大型海洋救助船承擔(dān)著廣大海域人命、財(cái)產(chǎn)、環(huán)境在危急情況下的救援保障任務(wù)，要想完成好自身的使命，就要在復(fù)雜多變的海上環(huán)境中，特別是在高海況下保持全船機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。燃油輔鍋爐作為救助船上的重要設(shè)備，其可靠性及相關(guān)的維護(hù)管理尤其值得我們關(guān)注。

2.某救助船燃油輔鍋爐燃燒自動(dòng)控制簡介

某救助船燃油輔鍋爐為LSK1.2-0.7型立式自然循環(huán)燃油鍋爐，額定蒸發(fā)量1200Kg/h，設(shè)計(jì)壓力0.9Mpa。該鍋爐選用了JWR230型壓力霧化式燃燒器，燃燒性能良好，燃燒效率不低于99%，自動(dòng)化程度高，其燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)基本運(yùn)行程序?yàn)椋猴L(fēng)機(jī)啟動(dòng)進(jìn)行預(yù)掃氣→點(diǎn)火電磁閥動(dòng)作，點(diǎn)火電極產(chǎn)生電火花→常開電磁閥關(guān)閉，1#噴嘴開始噴油燃燒→常閉電磁閥開啟，2#噴嘴開始噴油燃燒→大小火自動(dòng)調(diào)節(jié)→熄火→后掃氣→停機(jī)。系統(tǒng)電路控制圖如圖1所示。

3.燃油輔鍋爐燃燒自動(dòng)控制的可靠性計(jì)算

任務(wù)可靠性預(yù)計(jì)即對系統(tǒng)完成某項(xiàng)規(guī)定任務(wù)成功概率的估計(jì)，是針對某一任務(wù)剖面進(jìn)行的，它除了可以幫助設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)提供改進(jìn)信息，增加產(chǎn)品的安全性能，還可以為設(shè)備使用及管理人員提供一些有用的管理信息，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的薄弱單位，比如對重點(diǎn)易故障的設(shè)備提高警惕，加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)。在進(jìn)行任務(wù)可靠性預(yù)計(jì)的時(shí)候，我們需要一些完成該任務(wù)中間的單元的可靠性數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)就是產(chǎn)品的任務(wù)故障率和平均故障間隔時(shí)間（MTBF）等。

產(chǎn)品的故障率用數(shù)學(xué)符號表示為

式中：λ（t）為故障率函數(shù)（1/h）；dr（t）為t時(shí)刻后，dt時(shí)間內(nèi)故障的產(chǎn)品數(shù)；Ns（t）為殘存的產(chǎn)品數(shù)，即到t時(shí)刻還沒有故障的產(chǎn)品數(shù)，Ns（t）=No-r（t）。

可按式（3-1）進(jìn)行λ（t）的工程計(jì)算：

式中：Δr(t)為t時(shí)刻后，Δt時(shí)間內(nèi)故障的產(chǎn)品數(shù)；Δt為所取時(shí)間間隔（h）；Ns（t）為殘存產(chǎn)品數(shù)。

平均故障間隔時(shí)間：

可靠性預(yù)計(jì)的關(guān)鍵是對于整個(gè)系統(tǒng)工作原理和工作流程進(jìn)行深入理解和掌握，在該救助船燃油輔鍋爐燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)中，其主要的任務(wù)剖面是從啟動(dòng)到正常燃燒的階段。在這個(gè)階段中，每一個(gè)單元的故障都會(huì)影響整體的燃燒成功與否，各個(gè)單元之間是一種串聯(lián)的關(guān)系，由各個(gè)單元的故障率就可以計(jì)算出系統(tǒng)的故障率，由此我們可以得出系統(tǒng)的可靠程度。

燃油輔鍋爐關(guān)鍵系統(tǒng)單元的故障率如下表所示。

單元名稱 故障率×10-6(1/h)燃燒器馬達(dá) λ1=45點(diǎn)火變壓器 λ2=120點(diǎn)火電磁閥 λ3=30噴嘴電磁閥 λ4=23火焰探測器 λ5=75

根據(jù)燃油輔鍋爐燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)控制電路圖及基本運(yùn)行程序，不考慮安全保護(hù)單元，可以簡單計(jì)算從啟動(dòng)到正常大火燃燒時(shí)系統(tǒng)的故障率：

λ = λ1+ λ2+ λ3+ λ4+ λ5+ λ4=293×10-6(1/h)

平均故障間隔時(shí)間：

MTBF=1/λ

≈3413h

≈142d。

4.燃油輔鍋爐燃燒自動(dòng)控制的可靠性分析

通過對于燃油輔鍋爐燃燒自動(dòng)控制各個(gè)環(huán)節(jié)的綜合可靠性可知，其控制系統(tǒng)中各單元設(shè)備在控制系統(tǒng)中總的可靠性較高，因此該燃燒控制系統(tǒng)的日常管理與維護(hù)工作不是太多，根據(jù)各單元的故障率參數(shù)，主要是定期檢查點(diǎn)火變壓器，增加其備件儲(chǔ)存數(shù)量；按期適時(shí)更換具有損耗特性的產(chǎn)品；要嚴(yán)格按照廠家的要求做好日常維護(hù)保養(yǎng)。此外，對于燃燒控制器西門子LAL2.25應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）注意環(huán)境溫度、濕度以及是否積塵；（2）檢查供電和輸入輸出使用的電源是否在基準(zhǔn)范圍之內(nèi)，盡量避免不必要的停電；（3）做好備品備件的管理。

5.結(jié)束語

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，本救助船燃油輔鍋爐燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)總的可靠度較高,在不考慮安全保護(hù)單元的情況下，平均故障間隔時(shí)間都能達(dá)到142天。對于單元級故障方面，針對尚未完全掌握規(guī)律的故障或者缺乏預(yù)防技術(shù)的故障，可采用降低單元工作時(shí)的實(shí)際應(yīng)力或者提高單元的品質(zhì)來預(yù)防。對于故障率較高的單元，應(yīng)該重點(diǎn)觀察和維護(hù)保養(yǎng)，切實(shí)從源頭處對鍋爐燃油輔鍋爐的故障進(jìn)行排除。本文在書寫過程中，對可靠性工程進(jìn)行了深入研究，可靠性工程是現(xiàn)代工業(yè)中與機(jī)械設(shè)備及系統(tǒng)中的故障做斗爭的一門邊緣學(xué)科，它也是現(xiàn)代質(zhì)量觀的核心，相信今后關(guān)于可靠性的研究與應(yīng)用將能更好的服務(wù)于現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，讓人和環(huán)境更加安全。